Caspase-1在2型糖尿病发生中的作用研究

白桂荣，刘惠莉，谢晓敏，贺艳婷，梁志军

糖尿病是一种以糖脂代谢紊乱为表现，炎症及氧化应激共同参与的慢性代谢性疾病[1-2]。目前已发现多种炎症因子作为胰岛素抵抗的始动因素参与了2型糖尿病的发生发展。因此，研究并发现相关炎症因子对2型糖尿病的早期诊断和治疗具有重要价值[3]。Caspase家族是一类半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶，其中Caspase-1已被证实与一些特定类型细胞的凋亡密切相关。本研究观察了不同糖代谢人群血清中Caspase-1、IL-1β、IL-18等指标的变化情况，并探讨其与胰岛β细胞功能障碍的相关性。

1 资料与方法

1.1 主要试剂与仪器：高速低温离心机(贝克曼，美国)；全自动生化分析仪(Beckman Coulter AU5400，美国)；全自动酶标读数仪(Molecular Devices，美国)；超低温冰箱(赛默飞，美国)； INS、Caspase-1、IL-1β以及IL-18 酶联免疫试剂盒(上海宝曼，上海)。

1.2 研究对象：研究对象为我院体检中心的健康体检者，年龄在20～75岁之间。根据OGTT结果，随机分为3组：糖尿病组(DM)27例，FBG≥7.0 mmol/l或/和2h PPG≥11.1 mmol/l；糖尿病前期组(PD)30例,6.1 mmol/l ≤FBG <7.0 mmol/l或/和7.8 mmol/L ≤2h PPG<11.1 mmol/l；正常糖耐量组(NGT)30例，FBG<6.1 mmol/L或/和2h PPG<7.8 mmol/L。排除以下情况者：1型糖尿病；既往有糖尿病或糖尿病前期病史；既往有吸烟、酗酒史；近期有感染其他急性疾病者。

1.3 方法：所有研究对象在体检前均要求规律饮食，并在体检当日早晨9点之前完成资料收集。收集身高、体重等一般资料。采集空腹静脉血，检测生化指标及Caspase-1、IL-1β、IL-18等指标的含量。计算体重指数(BMI)、腰臀比(WHR)、胰岛素抵抗指数(HOMA-IR)以及胰岛β细胞敏感指数(HOMA-β)。

1.4 统计学方法：采用SPSS 17.0统计软件，计量资料比较采用单因素方差分析及t检验；计数资料比较采用χ2检验；两变量间的相关性分析采用Pearson相关分析。

2 结果

2.1 一般资料的比较：3组间的性别、年龄、身高、臀围、腰臀比、收缩压和舒张压比较，差异无统计学意义(P>0.05)。DM组体重、体重指数均大于NGT组及PD组(P<0.05)。DM组腰围均大于PD组及NGT组(P<0.05)，见表1。

表1 各组一般资料的比较

2.2 3组生化指标、Caspase-1、IL-1β等指标的比较：3组间FBG、2h-PBG、FINS、Caspase-1、IL-1β、IL-18水平比较，DM组>PD组>NGT组(P<0.05)。3组间HOMA-IR比较：DM组>PD组>NGT组(P<0.05)。3组间HOMA-β比较：DM组低于PD组及NGT组(P<0.05)，PD组与NGT组比较无统计学差异(P>0.05)，见表2、图1(目录后)。

表2 各组生化指标、Caspase-1、IL-1β等指标的比较

2.3 Caspase-1、炎性介质、FBG、FINS、HOMA-β、HOMA-IR的Pearson’s线性相关分析：Caspase-1与FBG(r=0.543，P<0.05)、FINS(r=0.969，P<0.05)、HOMA-IR(r=0.892，P<0.05)、IL-1β(r=0.700，P<0.05)、IL-18(r=0.730，P<0.05)呈正相关。HOMA-IR与Caspase-1(r=0.892，P<0.05)、IL-18(r=0.848，P<0.05)、IL-1β(r=0.815，P<0.05)呈正相关；HOMA-β与IL-1β(r=-0.338，P<0.05)、IL-18(r=-0.337，P<0.05)呈负相关。

3 讨论

当前，糖尿病患病率快速增加，而由其引发的一系列慢性并发症严重影响了患者的健康，并给家庭带来了沉重的经济负担，糖尿病已成为当前公众所关注的重要问题。目前认为，炎症反应、糖脂代谢紊乱等多种因素共同作用引起机体胰岛β细胞分泌功能受损以及胰岛素抵抗，进而导致糖尿病的发生[4-5]。近年来一些研究表明，机体内的慢性炎症状态为糖尿病的发展铺平了道路[6-8]。半胱氨酸天冬氨酸酶Caspase-1又称为IL-1β转化酶，其表达过多或功能异常被认为与多种疾病的发生、发展密切相关。因此研究Caspase-1及其下游产物与2型糖尿病的关系具有重要意义。Caspase-1已被证实与一些特定类型细胞的凋亡密切相关。当机体被微生物感染或细胞内危险信号存在时，Caspase-1可通过与炎性体结合而激活，通过剪切IL-1β、IL-18前体而使之成熟并分泌至胞外，并介导特殊程序性细胞凋亡，进而在炎症反应中起着核心调控作用。本研究测定了不同糖代谢人群中血清Caspase-1、IL-1β、IL-18的含量，结果表明，血清Caspase-1、IL-1β、IL-18在糖尿病前期患者中有所升高，而在DM组中则显著升高，且Caspase-1与FBG、FINS、HOMA-IR、IL-1β、IL-18密切相关，表明Caspase-1可能参与机体炎症反应并与2型糖尿病的发生密切相关。

白细胞介素是近年来发现的生物学作用广泛的重要细胞因子，可调节机体免疫功能和炎性反应状态。IL-1β和IL-18同属于白介素介素-1超家族成员，具有较强的促炎活性[9]。Caspase-1可通过与炎性体结合而进一步发生激活，从而加工pro-IL-1β和pro-IL-18等前体使其成熟和释放。炎症趋化因子IL-1β、IL-18均可与其他的免疫细胞一起相互协调、作用，介导免疫细胞的分化、增殖，并启动炎症的级联反应作用于胰岛素信号传导过程，进而导致胰岛β细胞炎症损伤的发生[10]。IL-1β具有较强促炎活性的物质，在冠状动脉硬化等多种疾病中发挥生物学作用，机体内的IL-1β以前体形式存在于细胞内，而Caspase-1可剪切IL-1β前体使其活化并发挥生物学作用，活化后的IL-1β作为NF-κB通路的激活剂可与IL-1受体结合，激活髓样分化因子依赖的NF-κB通路，从而使介导胰岛β细胞的凋亡[11]。另外，IL-1β的增多可对胰岛β细胞直接产生毒性作用，引发其衰竭和形态改变。IL-18是由巨噬细胞系统产生的具有多生物学效应的促炎介质，IL-18在机体内主要以前体形式存在，各种刺激因素导致其成熟活化为IL-18进而发挥生物学作用。IL-18可促进T细胞增殖，刺激产生肿瘤坏死因子-a等物质，导致胰岛β细胞功能障碍而促进糖尿病的进程[12]。在本研究中，IL-1β及IL-18在糖尿病人群中显著升高，且IL-1β及IL-18的含量与血糖、HOMA-β、HOMA-IR密切相关。上述结果表明，在糖代谢异常人群体内存在炎症状态，机体内炎性介质(IL-1β、IL-18)的异常增多可引起胰岛β细胞功能障碍和胰岛素抵抗，从而导致糖尿病的发生发展。

综上所述。在不同糖代谢人群中Caspase-1表达水平不同，Caspase-1与FBG、IL-1β、IL-18、HOMA-IR密切相关。本研究尚缺少分子水平的相关研究,将在后续研究中增加样本量，并对其进一步完善、补充。